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RV减速器的误差建模与摆线齿廓修形

RV减速器的误差建模与摆线齿廓修形

作者：陈振宇天津大学

学位级别：硕士

本文密切结合工业机器人对高精度高效率减速器的迫切需求，在国家高技术研究发展计划项目的资助下，针对RV减速器的结构与传动特点，研究该减速器的整机误差建模方法与摆线齿廓修形技术。全文的主要工作与研究成果如下：在摆线传动... 详细信息

本文密切结合工业机器人对高精度高效率减速器的迫切需求，在国家高技术研究发展计划项目的资助下，针对RV减速器的结构与传动特点，研究该减速器的整机误差建模方法与摆线齿廓修形技术。全文的主要工作与研究成果如下：在摆线传动几何特性方面，采用反转法建立摆线齿廓方程，研究其曲率半径和压力角特性，分析几何参数对曲率半径和压力角的影响规律，推导摆线齿廓的顶切判别条件，初步探讨针齿与摆线轮在多齿啮合条件下的压力角计算方法，为该机构零部件的强度设计提供借鉴。在等效运动学模型方面，针对RV减速器中摆线轮的输入与输出运动共用曲柄轴以及输出盘与系杆为同一构件的结构特点，研究并建立该减速器的等效运动学模型。在该模型中，对摆线轮输入输出共用的曲柄轴，提出与之运动等效的平行四边形连杆机构，对齿轮啮合高副，通过高副低代转化为由转动副和虚拟连杆组成的等效低副机构，进而将该减速机构等效为能揭示其瞬时运动特性的多支链环路机构，为其运动学研究提供了一种有效的方法。在误差建模方面，基于RV减速器的等效运动学模型，采用环路增量法构建出适用于该减速器整机回转传动误差分析的解析模型。该模型以显式方程建立了各构件原始误差与整机回转传动误差的映射关系，揭示了共用平行四边形中误差的传递过程以及反馈误差与原始误差的耦合关系，因而可为各类复杂行星传动系统的误差分析与建模研究提供一种有效的方法。在摆线齿廓的展成法修形方面，采用旋转矢量法建立摆线齿廓的误差分析模型，分析归纳出各几何误差量对摆线齿廓形状的影响规律。在此基础上，基于设计方法学基本原理，研究展成加工方法下实现理想摆线修形齿廓的误差组合方式，得出针齿半径和针齿分布圆半径均为负偏差时更有利于获得摆线最优修形齿廓的结论。在摆线齿廓的成形法修形方面，基于分段修形的思想，将摆线齿廓划分为工作段与非工作段齿廓，提出以传力最优原则确定工作段齿廓范围的一般方法。采用转角修形法建立工作段齿廓方程，通过样条函数拟合非工作段齿廓。所建立的齿廓修形方程具有一般性，可根据不同的工况需求，选取不同的工作齿廓区域、润滑侧隙以及根隙与顶隙等，具有工程应用价值。

关键词： RV减速器摆线齿廓误差模型齿廓修形压力角

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摆线齿廓的三座标测量方法

磨床与磨削 1987年第1期 58-63页

作者：方素平林其骏周清芬西安交通大学

一、概述摆线齿轮常用于摆线针轮液压马达和摆线针轮减速器中,在这种机构中,摆线齿轮(转子)的制造精度不高,将严重地影响其运动平稳性、效率和寿命,因此,这种机构对摆线齿轮的制造精度要求很高,对其齿廓形状的检测就成为关键。由于摆线... 详细信息

一、概述摆线齿轮常用于摆线针轮液压马达和摆线针轮减速器中,在这种机构中,摆线齿轮(转子)的制造精度不高,将严重地影响其运动平稳性、效率和寿命,因此,这种机构对摆线齿轮的制造精度要求很高,对其齿廓形状的检测就成为关键。由于摆线齿轮的齿廓形状为短幅外摆线的等距线,目前国内生产中仅检测其公法线长度是不够的,因为用这种方法实际上只检测了齿廓上两个特定点间的距离,而没有实现对齿廓形状的检测。虽然摆线齿轮的齿廓形状还可用

关键词：摆线齿轮齿廓等距线液压马达油马达液压执行元件齿廓误差摆线齿廓齿廓曲线齿顶圆外摆线座标

少齿差金属橡胶刚柔复合行星减速器结构设计及传动特性分析

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少齿差金属橡胶刚柔复合行星减速器结构设计及传动特性分析

作者：王森重庆大学

学位级别：硕士

当前,我国在航空航天、武器装备、工业机器人等战略新兴产业对高端精密减速器的需求大大增加,而传统减速器的性能已经远远不能满足要求,在大部分具有精密高端要求的装备上使用的减速器仍然需要从国外进口。精密减速器的设计目标是实现... 详细信息

当前,我国在航空航天、武器装备、工业机器人等战略新兴产业对高端精密减速器的需求大大增加,而传统减速器的性能已经远远不能满足要求,在大部分具有精密高端要求的装备上使用的减速器仍然需要从国外进口。精密减速器的设计目标是实现高精度、小体积、大速比、高刚度、高承载和高可靠性等,其中高精度与高可靠性、高刚度与高精度、小体积与大速比之间的矛盾是影响减速器性能的重要因素。因此,为了解决精密减速器高精度与高可靠性协调、高刚度与高精度协调、小体积和大速比协调等共性问题,满足我国战略新兴产业发展对高端精密减速器的需求,本文以少齿差行星齿轮减速器为研究对象,使用理论研究与仿真实验相结合的方法,完成了新型滤波减速器的传动方案设计、整体结构方案设计、齿廓设计、变形协调设计以及动态特性分析,主要内容如下:(1)根据新型减速器的设计目标,设计了新型减速器的传动方案和整体结构方案。基于新型行星减速器的结构特点,选择四阶复合摆线齿廓作为新型减速器的齿廓,基于Lewis定理和坐标转化关系对复合摆线行星传动的共轭理论进行了研究,并根据加工制造误差对复合摆线齿廓进行了修形。(2)使用软件Ansys Workbench建立了新型行星减速器齿轮副的有限元分析模型,研究了齿轮副的受力情况,并分析了不同参数、不同载荷以及不同润滑条件对齿面接触应力和齿根弯曲应力的影响。(3)结合刚柔复合变形协调设计的理论基础,在新型减速器上引入金属橡胶弹性体以补偿零部件的加工安装误差以及工作时齿轮副产生的变形,吸收减速器工作时产生的振动和冲击,提高新型减速器的传动性能。(4)使用软件Adams分别建立了刚性传动副和刚柔复合传动副的虚拟样机,并进行了仿真分析,对比了二者输出角速度、啮合力以及输入转矩的时域响应,验证了刚柔复合变形协调设计的有效性;改变刚柔复合传动副的结构参数,分析了金属橡胶弹性体个数、大小以及弹性模量对刚柔复合传动副动态特性的影响。

关键词：少齿差行星减速器摆线齿廓有限元分析复合齿轮副动态特性

少齿差刚柔复合摆线减速器变形协调设计及自适应控制

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少齿差刚柔复合摆线减速器变形协调设计及自适应控制

作者：雷源重庆大学

学位级别：硕士

目前我国高端装备关键传动装置仍然不得不从国外进口,存在着关键技术受制于人的巨大风险,使用国产产品又使装备性能大打折扣,因此高可靠精密减速器的研究已成为社会发展迫切需要解决的关键瓶颈技术问题,对打破技术封锁和垄断,为促进技... 详细信息

目前我国高端装备关键传动装置仍然不得不从国外进口,存在着关键技术受制于人的巨大风险,使用国产产品又使装备性能大打折扣,因此高可靠精密减速器的研究已成为社会发展迫切需要解决的关键瓶颈技术问题,对打破技术封锁和垄断,为促进技术进步具有重要科学意义和工程实用价值。本文以NN型少齿差行星减速器为研究对象,经过齿廓设计与优化,结合变形协调设计方法,建立了刚性和刚—柔复合传动模型,利用多体动力学分析软件对比分析刚性和柔性的动力学特性,并研制样机进行综合传动性能试验,针对刚—柔复合传动系统存在非线性问题进行自适应控制。论文主要工作如下:(1)使用四阶复合摆线曲线作为高可靠精密传动齿轮齿廓,对齿廓进行了详细分析,包括齿形特点、求解共轭方程、啮合线方程、齿廓修形、啮合特性分析与优化,接触应力影响规律分析与优化,以高承载、小侧隙、良好的齿面接触应力为目标,对齿廓参数和修形量进行合理选择。(2)对标CSD-17谐波减速器,进行刚性少齿差行星减速器结构设计,在此基础上结合变形协调设计方法,采用柔性金属橡胶构件与刚性构件复合的齿轮传动形式,设计刚—柔复合传动模型,考虑加工制造误差和温升变化计算齿圈间隙,并计算柔性构件的弹性模量。简化刚性和刚柔复合模型,建立虚拟样机进行动态特性仿真分析,分析结果表明刚柔复合结构在输出角速度、输出齿轮啮合力、输入扭矩的波动更小,输出更加平稳。(3)进行刚性和刚—柔复合少齿差摆线减速器样机研制,测试工装设计加工,开展减速器综合传动性能试验测试,测试减速器启动力矩、传动精度、刚度回差、效率性能,对测试结果进行了分析,得到刚—柔复合结构的综合传动性能优于刚性结构,重载时二者刚度相当,但在轻载时刚度呈非线性变化,相比刚性有待提升,最后对样机提出改进措施。(4)为实现高性能机电传动与智能控制,针对刚—柔复合结构在轻载时的非线性刚度,以及非线性摩擦、未知外部干扰力矩、建模误差和输入受限等问题,对刚—柔复合传动系统自适应控制策略分析,基于指令滤波反步法,引入饱和补偿机制,进行自适应输入受限控制器设计,采用线性扩张状态观测器观测系统未知项,构造系统的Lyapunov函数验证了闭环系统的收敛性和控制器的稳定性。仿真表明在给定参数条件下,控制算法能高精度跟踪目标轨迹,对外部干扰具有较强的服役能力。

关键词：摆线齿廓少齿差刚柔复合传动动静态特性分析自适应控制

RV减速器摆线轮齿廓曲线的曲率影响因素研究

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机械设计与制造 2021年第1期 267-271页

作者：张跃明王巍纪姝婷北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

以工业机器人为例,对RV减速器摆线轮齿廓曲线的曲率的影响因素进行了研究。根据微分几何理论,建立摆线轮齿廓的数学模型,采用坐标变换方法推导出摆线齿廓方程,分析了摆线轮齿廓曲线的凹凸特性,求出拐点的数学解析式。根据摆线齿廓方程... 详细信息

以工业机器人为例,对RV减速器摆线轮齿廓曲线的曲率的影响因素进行了研究。根据微分几何理论,建立摆线轮齿廓的数学模型,采用坐标变换方法推导出摆线齿廓方程,分析了摆线轮齿廓曲线的凹凸特性,求出拐点的数学解析式。根据摆线齿廓方程计算出曲率和曲率半径的参数表达式,最后推导出可以概括摆线针轮传动的诱导法曲率公式。以RV-20E减速器为例,求解出凹凸区间曲率最大值和最小值,并利用Matlab编制程序进行仿真,详细分析了机构的偏心距、针齿半径、针齿分布圆半径、针齿数对拐点所在位置、曲率变化快慢的影响规律。通过对摆线齿廓的曲率的仿真分析,偏心距和针齿分布圆半径对摆线齿廓的曲率影响显著,同时也会影响拐点位置的变化,针齿半径对其有一定的影响,但影响较小,并且不会影响拐点所在的位置。研究结果为科学地选择摆线轮最佳参数和摆线针轮传动的设计提供了一种理论依据,具有一定的实用价值。

关键词： RV减速器摆线齿廓凹凸特性曲率特性

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滚子链谐波传动的理论研究与样机研制

滚子链谐波传动的理论研究与样机研制

作者：宋冠英天津大学

学位级别：硕士

在阅读大量文献资料的基础上,根据谐波传动的研究和发展现状,在国内,首次对创新谐波传动——滚子链谐波传动进行了一定的研究。在理论方面,阐述了滚子链谐波传动的传动原理及传动特点;建立了滚子链谐波传动的平面啮合理论;阐述了设计参... 详细信息

在阅读大量文献资料的基础上,根据谐波传动的研究和发展现状,在国内,首次对创新谐波传动——滚子链谐波传动进行了一定的研究。在理论方面,阐述了滚子链谐波传动的传动原理及传动特点;建立了滚子链谐波传动的平面啮合理论;阐述了设计参数的确定,并在计算机上对这种新型传动进行了运动仿真;最后研制出试验样机,为日后的研究工作打下了基础。首先,从理论上阐述了滚子链谐波传动的组成、传动原理和类型分析。在此基础上分析推导了各种型式的滚子链谐波传动的传动比计算公式。其次,根据微分几何和齿轮啮合原理,推导出了刚轮的理论廓线和实际廓线的方程,得出结论:刚轮实际廓线是内摆线的等距曲线。并根据摆线齿廓的形成原理等,对摆线方程中的参数、刚轮的齿型参数进行了分析计算,编绘出绘制刚轮理论廓线和实际廓线的计算机程序,并根据绘制出的齿廓曲线,对刚轮齿廓进行了分析。随后,利用MATLAB语言开发了滚子链谐波传动的运动仿真系统,仿真结果表明:滚子链谐波传动中刚轮的齿廓曲线是可行的,而且该机构的运动规律也与已知的谐波运动规律相符。最后,本课题进行了试验样机的研制。对刚轮、波发生器以及输出机构等各零件进行了结构设计并进行了加工制造,以及整机的装配调试。试验样机运转良好,证明了本课题理论研究的正确性和结构设计方案的可行性,为日后该机构的产业化奠定了基础。

关键词：谐波传动链传动滚子链谐波传动摆线齿廓样机

少齿差行星减速器刚柔复合传动变形协调设计及动态特性分析

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少齿差行星减速器刚柔复合传动变形协调设计及动态特性分析

作者：王博重庆大学

学位级别：硕士

现有的机器人精密减速器主要有谐波减速器、RV减速器、Spinea减速器等,这些高精度减速器大部分被国外厂商垄断,国内厂商虽然能生产相同类型的减速器,但各项指标与国外产品还存在一定的差距。为开发出具有完全自主知识产权的高精度减速器... 详细信息

现有的机器人精密减速器主要有谐波减速器、RV减速器、Spinea减速器等,这些高精度减速器大部分被国外厂商垄断,国内厂商虽然能生产相同类型的减速器,但各项指标与国外产品还存在一定的差距。为开发出具有完全自主知识产权的高精度减速器,需要对精密减速器进行更加深入的研究。本文以NN型少齿差减速器为研究对象,通过结构设计、齿廓设计,再结合变形协调设计的理论基础,设计了新型刚柔复合少齿差减速器,并使用有限元及多体动力学分析软件,对减速器传动副进行静态及动态特性分析,主要内容如下:(1)以CSF-25谐波减速器的体积、额定负载、扭转刚度等指标为目标,设计新型少齿差减速器。首先分析了几种不同的少齿差传动结构,对传统NN型少齿差传动结构进行改进,相比传统结构,新型传动结构在轴向由双排齿轮变为单排齿轮,传动副的轴向尺寸明显减小;同时设计了复合摆线齿廓,对渐开线齿廓进行替代,并根据摆线齿轮的精度要求对复合摆线齿轮进行修形。(2)使用AnsysAIM软件建立了复合摆线齿轮的单齿啮合有限元分析模型,通过建立不同齿廓参数的摆线齿啮合模型,得到了摆线齿廓参数对摆线齿啮合特性的影响规律,由此确定了摆线齿廓参数;然后建立摆线齿轮和渐开线齿轮的多齿啮合有限元分析模型,得到多齿啮合情况下齿轮的应力分布,扭转刚度等啮合特性。(3)使用Adams建立摆线及渐开线齿廓传动副的刚性虚拟样机,进行动态特性分析,对比了两种齿廓输出齿轮的角速度、啮合力、输出扭矩等动态特性。仿真结果表明摆线齿廓齿轮副的输出角速度、输出扭矩波动更小,但啮合力相比渐开线齿轮更高。(4)采用变形协调设计方法,将金属橡胶作为柔性部件设计了刚柔复合齿轮副。考虑了减速器零部件的制造装配误差、温度变化等因素,计算了刚柔复合齿轮齿圈间隙、齿轮副动态中心距。根据CSF-25谐波减速器的扭转刚度计算了金属橡胶的弹性模量。(5)使用Adams建立了刚柔复合传动副的虚拟样机,与刚性传动副的动态特性进行对比,得到刚柔复合传动副的输出角速度、啮合力、输出扭矩的波动有明显的下降;然后改变刚柔复合齿轮副的中心距,探索中心距对刚柔复合齿轮动态特性的影响,仿真结果表明:随着中心距的增加,输出齿轮的角速度波动减小,啮合力小幅增加,齿轮Z振动加速度减小,齿轮Z振动加速度增加。

关键词：少齿差减速器有限元分析摆线齿廓齿轮动态特性金属橡胶

少齿差刚柔复合摆线减速器啮合特性及动力学特性分析

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少齿差刚柔复合摆线减速器啮合特性及动力学特性分析

作者：黄思语重庆大学

学位级别：硕士

随着军事设备及制造业的迅速发展,对各类减速器的结构、适用性、传动精度和使用寿命提出了更高要求。近年来工业机器人的需求大量增涨,这让减速器行业领域不断成长,为了能更快生产出各项质量和性能指标达到世界一流水平的高精度减速器,... 详细信息

随着军事设备及制造业的迅速发展,对各类减速器的结构、适用性、传动精度和使用寿命提出了更高要求。近年来工业机器人的需求大量增涨,这让减速器行业领域不断成长,为了能更快生产出各项质量和性能指标达到世界一流水平的高精度减速器,需要对精密减速器进行更加深入的研究。本文以NN型少齿差行星减速器为研究对象,通过结构设计、齿廓及修形齿廓设计得到少齿差复合摆线减速器,分析其传动特性,考虑变形协调设计,设计了少齿差刚柔复合传动副,使用有限元进行静态啮合特性分析并进行减速器模态分析,用到多体动力学分析软件,分析不同参数对传动副动力学特性影响。论文主要内容如下:(1)鉴于CSF-25谐波减速器的尺寸、扭转刚度等要求指标,设计新型减速器传动副结构,并分析减速器结构原理。根据所需传动比选取合适的齿数配比,计算得到双联齿轮、输出轮的理论转速,通过等效机构转换法得到偏心套、及齿轮的转动频率和啮合频率。(2)通过四阶复合摆线成形原理推导得到内齿廓方程,建立坐标系及转换关系后得出相应外齿廓方程,对齿廓进行修形得到修形后齿廓方程,并分析得到其啮合及啮合线方程,建立减速器三维模型,分析其传动原理。(3)基于传动特性研究,分析探讨了传动副重合度、压力角及曲率等啮合特性,计算得到传动副总几何回差及减速器传动效率。(4)由变形协调理论设计出少齿差刚柔复合传动副,计算得到弹性体弹性模量,在Ansys Workbench中建立刚柔复合摆线传动副有限元模型,改变传动副结构参数,对刚柔复合摆线传动副进行轮齿啮合应力分析,并分析参数变化对齿面接触力大小的影响规律,再进行减速器结构模态分析。结果表明随着弹性体半径和双联齿轮分割处半径增加,传动副接触合力减小;在前15阶模态振型中齿轮转频远小于减速器固有频率,啮频也与固有频率不相近,不会出现共振而损坏。(5)在Adams中建立起此少齿差刚柔复合传动副的刚柔混合模型后进行动力学仿真分析,分析了弹性体弹性模量、双联齿轮间隙及传动副中心距变化对少齿差刚柔复合摆线齿轮动力学特性的影响,并与未加柔性体的刚性传动副作对比,发现刚柔复合传动副的输出角速度、啮合力的波动有明显的下降。仿真结果表明:随着弹性模量增加,齿轮的振动角速度、输出轮振动角加速度及传动副啮合力频谱幅值减小,双联齿轮振动加速度频谱幅值增加;随着双联齿轮间隙增加,齿轮振动角速度标准差、输出轮振动角加速度、双联齿轮振动加速度及传动副啮合力频谱幅值均减小;随着传动副中心距增加,齿轮振动角速度标准差、输出轮振动角加速度及双联齿轮2振动加速度频谱幅值减小,双联齿轮3振动加速度及传动副啮合力频谱幅值增大。

关键词：少齿差减速器刚柔复合摆线齿廓有限元分析动力学特性

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一种新型齿廓曲线的探讨

北京理工大学学报 2010年第3期30卷 279-283页

作者：程爱明张春林赵自强北京理工大学机械与车辆学院北京100081

基于渐开线齿轮的插齿原理,以不同形式的齿廓曲线代替插刀齿廓曲线,包络出与给定齿廓曲线的插齿刀对应的被加工齿轮的齿形,以纯滚动弧长s为参数,利用坐标变换和齿廓共轭原理,根据插刀齿廓,推导出被加工齿轮的齿廓方程,并根据得出的齿廓... 详细信息

基于渐开线齿轮的插齿原理,以不同形式的齿廓曲线代替插刀齿廓曲线,包络出与给定齿廓曲线的插齿刀对应的被加工齿轮的齿形,以纯滚动弧长s为参数,利用坐标变换和齿廓共轭原理,根据插刀齿廓,推导出被加工齿轮的齿廓方程,并根据得出的齿廓方程进行了仿真.由仿真结果可以对具有不同齿廓的插齿刀所加工的齿轮进行可行性分析,避免实际加工所造成的浪费.

关键词：非圆齿轮齿轮加工仿真齿廓曲线摆线齿廓正弦齿廓

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